JP2727935B2 - 外部高調波発生レーザ発振器 - Google Patents
外部高調波発生レーザ発振器Info
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Description
発振器に関し、特に、非線形光学結晶を用いた外部高調
波発生方式による外部高調波発生レーザ発振器に関す
る。
波発生方式による外部高調波発生レーザ発振器として
は、波長1.064μmのNd:YAGレーザ光に対し
て波長532nmの第2高調波光(SHG光)を発生す
るもの、および、Nd:YAGレーザの内部共振器型S
HG発振器の第3高調波光(THG光)または第4高調
波光(FHG光)を発生するものがある。なお、このよ
うな外部高調波発生レーザ発振器は、可視光や紫外光に
対する波長変換を共振器外部で行い、しかも、発生した
高調波光を安定させるとともに、光パルスの立ち上り時
間の短い高速スイッチング動作を必要とする場合に用い
られる。
る場合は、高調波光を発生させる非線形光学結晶に基本
波であるレーザ光を入射させる際に、このレーザ光自体
をオン/オフすることで高調波光のオン/オフをさせて
いた。
た従来の外部高調波発生レーザ発振器では、非線形光学
結晶に入射させるレーザ光をスイッチングしたりあるい
は変調周波数を変えているため、非線形光学結晶に入射
させるレーザ光の入力平均パワーも変わる。非線形光学
結晶による高調波光の発生の原理として、入射光と変換
光(高調波光・混合波光)の位相速度を合わせる(位相
整合)というのは、言い換えれば入射光と変換光の屈折
率整合をとることである。結晶の屈折率は結晶の温度に
よって変わるものであるから、位相整合(屈折率整合)
を温度整合で実現する場合はいうに及ばず、角度整合す
る際にも、結晶の温度が変わると、位相整合条件がずれ
て変換効率が変化することになる。
BO結晶を用い、Nd:YAGの第2高調波光(波長5
32nm)をβ−BBO結晶に入射して第4高調波光
(波長266nm)に変換するときの変換効率と結晶温
度との関係を求めた一シュミレーション結果を図3に示
す。同図において、縦軸は、変換効率ηm を示し、横軸
は、位相整合状態の結晶温度からの結晶温度変化分dT
を示している。このシュミレーション結果より、結晶温
度が位相整合状態の結晶温度から約4.6℃変化しただ
けで、変換効率ηm が半分にまで減少することがわか
る。
吸収があるので、非線形光学結晶に入射されるレーザ光
の平均パワーが変わると、非線形光学結晶自身の温度も
変わり、非線形光学結晶の位相整合条件が変化する。図
3のシュミレーション結果より非線形光学結晶の温度が
瞬間的に5℃程度上昇することを防ぐために、非線形光
学結晶に対して恒温化制御することが考えられるが、通
常は熱伝達時間が大きいため、このような恒温化制御は
困難である。特に、非線形光学結晶に入射されるレーザ
光のパワーが1W程度になると、非線形光学結晶の温度
変化の影響が大きくなり、入射されるレーザ光を断続さ
せる場合には、変換される高調波光の立ち上がり特性
(スイッチング特性)が極端に悪くなるという問題が発
生する。
ーザの第2高調波光をβ−BBO結晶に照射させて第4
高調波光を発生させる場合には、数秒程度の時間第2高
調波光を一旦オフするだけで、第4高調波光の0%から
100%への立ち上り時間として秒単位の立ち上り時間
が必要となる。その結果、レーザ加工機に使用する場合
には、レーザ光のオン/オフは頻繁に必要であるため、
秒単位の立ち上り時間が必要であることは、実用上の大
きな障害となっていた。
チングを行うものとしては、たとえば、Qスイッチ時刻
後からのポッケルスセルへの印加電圧の変化を、レーザ
ロッドの励起エネルギの大きさに依存する巨大パルスの
発生時刻と関係づけて制御するポッケルスセル制御回路
を備えることにより、上記励起エネルギの変動に対して
レーザ出力を安定化するパルスレーザ装置(特開昭61
−168979号公報)などが提案されているが、外部
高調波発生レーザ発振器の立ち上り時間の高速化の観点
からポッケルスセルを用いる従来例はない。
よび出力安定度の向上が図れる外部高調波発生レーザ発
振器を提供することにある。
レーザ発振器は、所定の偏光方向を有するレーザ光を、
非線形光学結晶を用いて該レーザ光の高調波光に変換し
て出力する外部高調波発生レーザ発振器において、前記
高調波光の出力パワーを微調整するための回転機構を備
え、入射される前記レーザ光の偏光面を所定の角度だけ
回転させる1/2波長板と、前記1/2波長板と前記非
線形光学結晶との間に設けられた、印加電圧に応じて入
射光の偏光面を回転させることができる電気光学素子
と、を有することを特徴とする。
ルであってもよい。
を、非線形光学結晶を用いて該レーザ光の高調波光に変
換して出力する外部高調波発生レーザ発振器において、
前記高調波光の出力パワーを微調整するための回転機構
を備え、入射される前記レーザ光の偏光面を所定の角度
だけ回転させる1/2波長板と、前記1/2波長板と前
記非線形光学結晶との間に設けられた、印加磁界に応じ
て入射光の偏光面を回転させることができる磁気光学素
子と、を有することを特徴とする。
ルであってもよい。
線形光学結晶に入射される基本波レーザ光または高調波
レーザ光は、電気光学素子または磁気光学素子を透過し
たのち、一定出力にて連続で発振された状態で非線形光
学結晶に入射されるため、非線形光学結晶の中心部での
温度が変わることがない。また、非線形光学結晶での位
相整合は温度整合や角度整合のいずれにおいても非線形
光学結晶の主軸に対する偏光方向によって変換効率が調
整できるので、非線形光学結晶に入射させる基本波レー
ザ光または高調波レーザ光の偏光面を変えることによっ
て、基本波レーザ光または高調波レーザ光の強度を一定
としたままで、高調波発生の強度を可変させることがで
きる。
して説明する。
振器の第1の実施例を示す概略構成図である。
−QスイッチNd:YAGレーザの第2高調波光(波長
532nm)をβ−BBO結晶15に入射させて第4高
調波光(波長266nm)を発生させるためのものであ
るとともに、ポッケルスセル13を用いた第2高調波光
の偏光度制御によって第4高調波光のスイッチングを行
うものである。
532nmの第2高調波光を出射する内部共振器型の第
2高調波光発振器11と、第2高調波光発振器11から
出射された第2高調波光が入射される回転機構付きλ/
2板12と、回転機構付きλ/2板12を透過した第2
高調波光が入射されるポッケルスセル13と、ポッケル
スセル13を透過した第2高調波光が入射される集光レ
ンズ14と、集光レンズ14で集光された第2高調波光
を第4高調波光に変換するためのβ−BBO結晶15
と、β−BBO結晶15の出射側に設けられた、波長5
32nmの第2高調波光を透過するとともに波長266
nmの第4高調波光を全反射するようにコーティングさ
れた第1のダイクロイックミラー16と、第1のダイク
ロイックミラー16を透過した第2高調波光(すなわ
ち、β−BBO結晶15で第4高調波光に変換されなか
った第2高調波光)を吸収するためのダンパー17と、
第1のダイクロイックミラー16で全反射された第4高
調波光が入射される、波長532nmの第2高調波光を
透過するとともに波長266nmの第4高調波光を全反
射するようにコーティングされた第2のダイクロイック
ミラー18と、第2のダイクロイックミラー18を透過
してくる第2高調波光を遮断するカットフィルタ19
と、カットフィルタ19の出射側に設けられた、第4高
調波光を減衰させるアッテネータ20と、アッテネータ
20の出射側に設けられた、波長266nm用フォトダ
イオードを用いた内部パワーモニター21と、ポッケル
スセル13に印加電圧VS を印加するためのドライバー
22(高電圧発生回路)と、ドライバー22からポッケ
ルスセル13への印加電圧VS の出力をオン/オフさせ
るためのフォトカプラー23および外部制御機器24と
を備えている。
用の非線形光学結晶に入射させる場合には、λ/2板
(1/2波長板)を非線形光学結晶の入射側に設けて、
λ/2板の結晶軸に対してθ°回転させた直線偏光を入
射させることにより、λ/2板を通ったレーザ光の偏光
を2θ°回転させることができるため、λ/2板を手動
的に回転させて高調波の強度を調整することができる。
しかしながら、このようにλ/2板を手動的に回転させ
る方法では、レーザ光を高速にオン/オフしたりレーザ
光に変調をかけたりすることはできない。
では、高速に偏光面を回転させることができる電気光学
素子であるポッケルスセル13を回転機構付きλ/2板
12とβ−BBO結晶15(非線形光学結晶)との間に
配置する。いま、ポッケルスセル13における位相差α
とドライバ22からポッケルスセル13への印加電圧V
S (変調信号)との関係は、 α=K・VS (1) ここで、Kは定数 で表わされるため、印加電圧VS を連続的に変化させる
ことにより位相差αを連続的に変化させることができ
る。
となる半波長電圧値va に印加電圧VS の電圧値を設定
することにより、集光レンズ14を介してβ−BBO結
晶15に入射する第2高調波光の偏光方向を90°だけ
回転させることができるので、β−BBO結晶15にお
ける第2高調波光から第4高調波光への変換効率を約0
%または約100%に制御することができる。また、印
加電圧VS の電圧値を半波長電圧値va よりも小さくす
ると、ポッケルスセル13を透過した第2高調波光は楕
円偏光に変換される。この楕円偏光をβ−BBO結晶1
5に入射させた場合は、楕円偏光を分解した偏光(電
界)成分のうちの一方の高調波発生に寄与する成分に見
合う大きさの変換光強度が得られるため、印加電圧VS
を制御して楕円偏光の互いに直交する電界成分の位相を
連続的に変えることによって、β−BBO結晶15にお
いて変換される第4高調波光の強度を0%〜100%の
間で自由にコントロールすることもできる。なお、ポッ
ケルスセル13の応答時間は、ナノ秒(10-9秒)オー
ダかあるいはそれ以下であるため、レーザ加工機の光源
として問題ない高速スイッチングが可能となる。
1」と呼ばれているものであり、角度マッチングまたは
温度マッチングにより位相整合がとれるようにカットさ
れている。この位相整合を完全にするためには、β−B
BO結晶15へ入射させる第2高調波光の偏光方向をβ
−BBO結晶15の光学軸に対して所定の角度に一意的
に合わせることが必要である。しかし、β−BBO結晶
15へ入射してくる第2高調波光の偏光方向は、第2高
調波光発振器11を構成する偏光板およびブルュースタ
ー板(ともに不図示)などによって規定されているた
め、第2高調波光の偏光方向を自由に回転させることは
困難である。したがって、β−BBO結晶15自体を回
転させて微調することが必要となるが、β−BBO結晶
15は角度調整機構や結晶の恒温化ユニットが取り付け
られているため、この部分に微調回転機構を設けること
は困難である。そこで、外部高調波発生レーザ発振器1
0では、ポッケルスセル13にドライバ22から印加電
圧VS をかけない状態で、または、印加電圧VS の電圧
値を半波長電圧値va とした状態で、第4高調波光の出
力が最大または最小となるように、内部パワーモニター
21を見ながら回転機構付きλ/2板12を回転させて
調整する。
振器の第2の実施例を示す概略構成図である。
−QスイッチNd:YAGレーザの第2高調波光(波長
532nm)をβ−BBO結晶55に入射させて第4高
調波光(波長266nm)を発生させるためのものであ
るとともに、ファラデーセル53を用いた第2高調波光
の偏光度制御によって第4高調波光のスイッチングを行
うものである。
に示す点で、図1に示した第1の実施例の外部高調波発
生レーザ発振器10と異なる。 (1)回転機構付きλ/2板52と集光レンズ54との
間に、図1に示したポッケルスセル13の代わりに、印
加磁界Hに応じて偏光面を回転させることができる磁気
光学素子であるファラデーセル53を含む。 (2)ドライバー62は、ファラデーセル53に電流I
を供給して、ファラデーセル53に印加磁界Hを印加す
るためのものである。
角β(ファラデー回転角)は、ファラデーセル53の長
さLおよび印加磁界Hに対して、 β=KV ・L・H (2) ここで、KV はベルデ定数 で与えられる。したがって、印加磁界Hは電流Iによっ
て自由に制御できるので、電流Iを変化させることによ
り、回転角βを0°〜90°の間で変化させることがで
きる。その結果、ポッケルスセル13を用いた場合と同
様にして、高速スイッチングが可能となる。
波光に変換したが、本発明の外部高調波発生レーザ発振
器はこれに限らず、たとえば基本波レーザ光を任意の高
調波光に変換する場合にも有効である。
ので、次の効果を奏する。
ができる電気光学素子または印加磁界に応じて偏光面を
回転させることができる磁気光学素子を含むことによ
り、高速スイッチングが可能となるため、高出力な外部
高調波発生レーザ発振器におけるレーザのオン/オフ特
性(立ち上がり時間応答性)を秒オーダまたは分オーダ
からナノ秒オーダに改善することができる。その結果、
たとえば、Nd:YAGレーザのCW−Qスイッチパル
スレーザの第4高調波光(波長266nm)を用いて、
Qスイッチパルス1ショット単位でドットを制御するレ
ーザマーキングする装置の光源にも、本発明の外部高調
波発生レーザ発振器を適用することができる。また、レ
ーザビームの高速スイッチングの必要なレーザトリミン
グ装置やレーザスクライバー装置などにも、本発明の外
部高調波発生レーザ発振器を使用することができる。さ
らに、高速スイッチングが必要な用途のみでなく、高調
波光のオン/オフの頻度がランダムになったりまたは途
中で変わるときでも、安定度を大きく改善させることが
できる。
実施例を示す概略構成図である。
実施例を示す概略構成図である。
非線形光学結晶としてβ−BBO結晶を用い、Nd:Y
AGの第2高調波光(波長532nm)をβ−BBO結
晶に入射して第4高調波光(波長266nm)に変換す
るときの変換効率と結晶温度との関係を求めた一シュミ
レーション結果を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 所定の偏光方向を有するレーザ光を、非
線形光学結晶を用いて該レーザ光の高調波光に変換して
出力する外部高調波発生レーザ発振器において、 前記高調波光の出力パワーを微調整するための回転機構
を備え、入射される前記レーザ光の偏光面を所定の角度
だけ回転させる1/2波長板と、 前記1/2波長板と前記非線形光学結晶との間に設けら
れた、印加電圧に応じて入射光の偏光面を回転させるこ
とができる電気光学素子と、 を有する ことを特徴とする外部高調波発生レーザ発振
器。 - 【請求項2】 前記電気光学素子がポッケルスセルであ
ることを特徴とする請求項1記載の外部高調波発生レー
ザ発振器。 - 【請求項3】 所定の偏光方向を有するレーザ光を、非
線形光学結晶を用いて該レーザ光の高調波光に変換して
出力する外部高調波発生レーザ発振器において、 前記高調波光の出力パワーを微調整するための回転機構
を備え、入射される前記レーザ光の偏光面を所定の角度
だけ回転させる1/2波長板と、 前記1/2波長板と前記非線形光学結晶との間に設けら
れた、印加磁界に応じて入射光の偏光面を回転させるこ
とができる磁気光学素子と、 を有する ことを特徴とする外部高調波発生レーザ発振
器。 - 【請求項4】 前記磁気光学素子がファラデーセルであ
ることを特徴とする請求項3記載の外部高調波発生レー
ザ発振器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5284709A JP2727935B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 外部高調波発生レーザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5284709A JP2727935B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 外部高調波発生レーザ発振器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07142802A JPH07142802A (ja) | 1995-06-02 |
JP2727935B2 true JP2727935B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=17681970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5284709A Expired - Lifetime JP2727935B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 外部高調波発生レーザ発振器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2727935B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100356209C (zh) * | 2005-05-20 | 2007-12-19 | 福州福特科光电有限公司 | 深紫外、可见、近红外偏振器 |
JP4654424B2 (ja) * | 2009-08-19 | 2011-03-23 | レーザーテック株式会社 | 光源装置 |
JP5353798B2 (ja) * | 2010-04-02 | 2013-11-27 | 三菱電機株式会社 | 波長変換装置及びこれを用いた波長変換レーザ装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04125526A (ja) * | 1990-09-18 | 1992-04-27 | Toshiba Corp | 高調波発生装置 |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP5284709A patent/JP2727935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07142802A (ja) | 1995-06-02 |
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